JP6157452B2 - ブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項１に記載の種類のブレーキディスク、および、独立請求項６に記載の種類のブレーキディスクの製造方法に関するものである。

技術水準から、高摩耗に曝されるブレーキディスクとその製造方法は公知である。この場合、本体上に該本体よりもかなり耐摩耗性のある摩耗層が被着される。被着した摩耗層が本体上に付着するようにするため、前プロセスで本体の接触面が前処理される。この前処理はたとえば接触面の清浄、定着剤層の被着等を含んでいる。

特許文献１には、たとえばブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法が記載されている。記載されているブレーキディスクは基礎材料から成る本体を含み、該本体は、ブレーキライニングと協働するため、少なくともその接触面の全体または一部に、摩耗低減硬質粒子（たとえばセラミックス）を含んでいる金属製の摩擦被膜を備えている。この場合、摩擦被膜は溶射圧縮成形被膜として形成されている。摩耗層の付着力を増大させるため、１回の製造ステップで、本体の接触面上から酸化層が除去され、接触面が予熱される。次に、摩耗層が本体の接触面上に溶射される。この場合、金属化合物が硬質粒子と高速で混合される。

特許文献２には、ブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法が記載されている。ブレーキディスクは本体を含み、該本体は、少なくとも１つの接触面と、本体の少なくとも１つの接触面に被着される少なくとも１つの摩耗層とを備えている。摩耗層の付着力を増大させるため、１回の製造ステップで、本体の接触面から酸化層または他の不純物が除去され、微粒子の放射によって接触面が粗くされる。次に摩耗層が火炎溶射コーティング法、アーク溶射コーティング法またはプラズマ溶射コーティング法で本体の接触面上に溶射される。

独国特許出願公開第１０２００７０２０８９１Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１００５６１６１Ａ１号明細書

これに対し、独立請求項１の構成を備えたブレーキディスクおよび独立請求項６の構成を備えたブレーキディスクの製造方法には、本体の少なくとも１つの接触面が、レーザー光線によって修正した、少なくとも１つの所定のパラメータを備える表面微細構造部を有するように、前処理されているという利点がある。

以下では、表面微細構造部の予め設定可能な種々のパラメータとは、たとえば前処理された接触面の構造、清浄度、化学組成、粗度などを指すものとする。従って、たとえば上記パラメータのいくつか或いは組み合わせは、接触面の所望の表面微細構造部を生成させるために予め設定することができる。

レーザー光線によって修正した、少なくとも１つの接触面の表面微細構造部は、加熱したものに比べて、本体と摩耗層との間の付着力を改善させる。さらに、レーザー光線によって修正した、少なくとも１つの接触面の表面微細構造部は、定着剤層を被着したものに比べて実施のうえでより好ましく、低コストである。また、レーザー光線によって修正した、少なくとも１つの接触面の表面微細構造部は、微粒子放射によって修正したものとは異なり再現性がある。レーザー光線の更なる利点は、接触面上での微粒子の介在が本体と摩耗層との間の付着力に悪影響を与えないことである。

このように、ブレーキディスクの金属製本体および／またはセラミックス製本体の少なくとも１つの接触面の表面微細構造部をレーザー光線をベースとして修正する方法により、本体と摩耗層との間の付着力が増大するので有利である。また、たとえば消費されるエネルギーおよび／または強度および／またはディメンションおよび／または放射時間等のレーザー光線のパラメータを目的に応じて制御でき、既存の所与条件および接触面の表面微細構造部の少なくとも１つの所定のパラメータに適合させることができる。

本発明によるブレーキディスクの実施形態は、摩耗層が被着されている少なくとも１つの接触面を備えた本体を含んでいる。摩耗層と本体とを結合させるため、本体の少なくとも１つの接触面は前処理されている。本発明によれば、本体の少なくとも１つの接触面の表面微細構造部の少なくとも１つの所定のパラメータは、レーザー光線によって修正されている。

このようなブレーキディスクを製造するための本発明による方法の実施形態は、摩耗層を被着させる少なくとも１つの接触面を備えた本体を使用する。摩耗層と本体とを結合させるため、本体の少なくとも１つの接触面を前処理する。本発明によれば、本体の少なくとも１つの接触面の表面微細構造部の少なくとも１つの所定のパラメータを、レーザー光線によって修正する。

従属項に記載した手段および他の構成により、独立請求項１に記載したブレーキディスクおよび請求項６に記載したブレーキディスク製造方法の有利な活用が可能である。

少なくとも１つの接触面の修正した表面微細構造部の少なくとも１つの所定のパラメータが、所定の構造および／または所定の清浄度および／または所定の化学組成および／または所定の粗度を含んでいるのが、特に有利である。これにより、摩耗層をより好適に付着させることのできる接触面が得られるので有利である。摩耗層の付着力はたとえばより高い清浄度によって改善することができる。より高い清浄度とは、たとえば油脂および／または炭のような堆積物の存在が少なくなることである。付着力の他の改善は、接触面の化学組成を適合させることによって得ることができる。さらに、摩耗層の付着力は接触面の粗度をより高くすることによって改善することができる。接触面上での摩耗層の付着力を改善することにより、対応するブレーキライニングとの協働で、ブレーキディスクの制動作用の確実性を改善することができる。このように本発明によるブレーキディスクは、摩耗層の付着力を改善し、よってブレーキディスクの信頼性を向上させるような表面微細構造部の有利なパラメータを備えた接触面を有している。

本発明によるブレーキディスクの有利な構成では、本体の少なくとも１つの接触面は蛇行状および／または条溝状および／またはスパイラル状に加工された面を有していてよい。これにより均質に加工された接触面が得られるので有利である。

本発明によるブレーキディスクの本体は、たとえば金属体および／またはセラミック体として実施することができる。このことにより、たとえばねずみ鋳鉄、鋳鋼、鍛造鋼、ダクタイル鋳鉄、アルミニウム等の、きわめて安定した、考えられる合金および結合の範囲が広がるので有利である。

本発明によるブレーキディスクの別の有利な構成では、摩耗層は本体の少なくとも１つの修正した接触面上に溶射されている。溶射工程は極めて薄い摩耗層の実施を可能にするので有利である。このようにして、本体の材料特性を摩耗層の材料特性と有利に組み合わせることができる。このことは、たとえば、本体の優れた熱伝導性を摩耗層の耐摩耗性と組み合わせることができることを意味している。

ブレーキディスクを製造するための本発明による方法の有利な構成では、レーザー光線により、少なくとも１つの接触面の修正した表面微細構造部の少なくとも１つのパラメータとして、構造および／または清浄度および／または化学組成および／または粗度を設定することができる。使用するレーザー光線の特性に依存する、修正した表面微細構造部の所定のパラメータにより、摩耗層を接触面上に付着させるための優れた前提が提供される。このように、摩耗層と本体との間で種々の多くの結合可能性が可能である。これにより、摩耗層に対する種々の材料結合態様の中から、所与条件に適合できるものを選択することが可能になる。

ブレーキディスクを製造するための本発明による方法の有利な構成では、少なくとも１つの接触面をレーザー光線の調整可能なパラメータを介して加熱および／または溶融および／または蒸発および／または清浄することができる。このようにして、複数の必要な前処理ステップを同時にまたは並行して実施することができる。従って、たとえば、高エネルギーレーザー光線により油脂のような有機堆積物を少なくとも１つの接触面から除去することができる。さらに、反応性ガスが存在することにより、接触面の表面微細構造部の化学組成の修正を実現できる。このようにして、接触面を脱炭素することができるので有利である。さらに、少なくとも１つの接触面を溶融させて、その溶融物の中に偏析物および／または混入物を溶かす場合には、レーザー光線により接触面の表面微細構造部の均質化を実現できる。セルフクエンチングによる硬化は急速に行われるため、合金要素または不純物が分解することがないので、有利である。これにより、偏析物も混入物も含まない接触面が得られる。少なくとも１つの接触面の表面微細構造部を設定するための他の可能性は、少なくとも１つの接触面を構造化する幾何学的修正である。放射によって接触面の一部が蒸発し、溶融物と蒸気とから成る組み合わせが表面微細構造部を有利に変化させる。その際、レーザーパラメータを適合させることにより、高粗度の表面を得ることができる。この場合、一般的には、高粗度により接触面上で摩耗層を好適に付着させることができるといえる。

レーザー放射はブレーキディスクの本体の複数の前処理工程を同時に実施することを可能にするので、特に時間とコストとを低減できる。

レーザー光線のエネルギー消費および／または強度および／またはディメンションおよび／または放射時間は目的に応じて制御できるので、レーザー光線を既存の所与条件および表面微細構造部の所定のパラメータに適合させことができる。たとえば、エネルギーが小さなレーザー光線は表面を加熱するにすぎない。これ以上のエネルギーを消費させれば、表面から有機堆積物を除去することができる。エネルギーをさらに増大させると、本体の接触面を溶融させ、最終的には蒸発させることになる。このようにして接触面の表面微細構造部のパラメータを変化させることができ、その際種々の前処理ステップを別個におよび／または同時に実施することができる。

ブレーキディスクを製造するための本発明による方法の別の有利な構成では、本体の少なくとも１つの接触面を面加工するため、レーザー光線を蛇行状および／または条溝状および／またはスパイラル状に誘導する。これにより接触面の再現可能な、均質な面加工が可能になる。

ブレーキディスクを製造するための本発明による方法の別の有利な構成では、摩耗層を、本体の接触面の修正した表面微細構造部上に溶射する。本体の少なくとも１つの接触面の表面微細構造部を予め修正することにより、摩耗層の付着力を増大させることができるので有利であり、その結果材料特性および所与条件に適合させることのできる多数の結合可能性が生じる。従って、たとえば高速度火炎溶射（ＨＶＯＦ）および／または大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）によって摩耗層を被着させることができる。さらに、溶射工程によって薄い摩耗層を実現できる。

本発明のいくつかの実施形態が図面に図示され、以下の説明で詳細に説明される。図面において、同じ機能または類似の機能を実施する構成部材または要素には同じ符号が付してある。

本発明によるブレーキディスクの１実施形態の一部分の断面図である。 図１に図示した本発明によるブレーキディスクの本体をレーザー光線を用いて前処理する前処理工程を示す斜視図である。 本発明によるブレーキディスク製造方法の１実施形態のフローチャートである。

図１および図２から明らかなように、本発明によるブレーキディスク１の図示した実施形態は、少なくとも１つの接触面１２と少なくとも１つの摩耗層３０とを備えた本体１０を含んでいる。本体１０は金属体および／またはセラミック体として実施されている。さらに、本体１０は少なくとも１つの接触面１２において摩耗層３０と結合されている。摩耗層３０と本体１０との間の結合を実現するため、本体１０の少なくとも１つの接触面１２の表面微細構造を前処理した前処理部が設けられている。本発明によれば、本体１０の、前処理した少なくとも１つの接触面１２は、レーザー光線２０によって修正した表面微細構造部を有し、該表面微細構造部は少なくとも１つの所定のパラメータを備えている。

図示した実施形態では、本体１０の接触面１２は、レーザー光線２０によって加熱および／または溶融および／または蒸発および／または清浄される。さらに、レーザー光線２０は本体１０の接触面１２を介して条溝状に案内される。本体１０の接触面１２の表面微細構造部の修正を行うため、レーザー光線２０の他の案内態様も可能であり、たとえばレーザー光線２０の蛇行状案内および／またはスパイラル状案内も可能である。

本体１０の接触面１２の表面微細構造部の修正が終了した後、本体１０の接触面１２の修正した表面微細構造部上に摩耗層３０を溶射する。レーザー光線２０により、本体１０の接触面１２の表面微細構造部の所望のパラメータを簡単に、迅速に、再現可能に変更することができる。さらに、本発明によるブレーキディスク１の実施形態により、接触面１２の摩耗層３０と協働するブレーキライニングと協力してほとんど摩耗のないブレーキ作動が可能になる。というのは、少なくとも１つの接触面１２の表面微細構造部の修正により、摩耗層３０がブレーキディスク１の本体１０の接触面１２に確実に付着するからである。

図３から明らかなように、方法ステップＳ１０で、少なくとも１つの接触面１２を備えた本体１０を形成させる。本体１０はねずみ鋳鉄、鋳鋼、鍛造鋼、ダクタイル鋳鉄、アルミニウム等の適当な金属から鋳造、鍛造により、或いは、他の方法により製造することができる。

方法ステップＳ２０では、本体１０の少なくとも１つの接触面１２の表面微細構造部の少なくとも１つの所定のパラメータをレーザー光線２０によって修正する。有利には、少なくとも１つの接触面１２をレーザー光線２０によって加熱および／または溶融および／または蒸発および／または清浄する。このようにして本体１０の接触面１２の複数の前処理ステップを同時に実施することができる。たとえば、高エネルギーレーザー光線２０によって、接触面１２の表面微細構造部の化学組成を変化させて接触面１２を脱炭素させる有機堆積物を除去することができる。さらに、レーザー光線によって少なくとも１つの接触面１２を溶融させることができ、その結果偏析物および／または混入物を溶融物に溶かすことができる。セルフクエンチングによる硬化は急速に行われるので、合金要素または不純物が分解することがなく、均質な接触面１２が生じるので有利である。また、レーザー光線２０によって接触面１２の一部を蒸発させることができる。溶融物と蒸気との組み合わせは表面構造を有利に変化させ、その結果レーザーパラメータを整合させることで高い粗度の表面微細構造部を生成させることができる。

方法ステップＳ３０では、摩耗層３０を本体１０上に被着させる。好ましくは、摩耗層３０を本体１０の接触面１２の修正した表面微細構造部の上に溶射する。ステップＳ２０で行った、本体１０の接触面１２の表面微細構造部の修正により、摩耗層３０の付着力が増大するので有利であり、その結果材料特性および所与条件に適合させることのできる多数の結合可能性が生じる。たとえば、高速度火炎溶射（ＨＶＯＦ）および／または大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）によって摩耗層を被着させることができる。

１ ブレーキディスク
１０ 本体
１２ 接触面
２０ レーザー光線
３０ 摩耗層

Claims (4)

1. ブレーキディスクの製造方法であって、前記ブレーキディスク（１）が少なくとも１つの接触面（１２）を備えた、ねずみ鋳鉄、鋳鋼、鍛造鋼、ダクタイル鋳鉄または、アルミニウムから成る本体（１０）を有し、前記少なくとも１つの接触面上に摩耗層（３０）を被着させ、該摩耗層（３０）と前記本体（１０）とを結合させるため、前記本体（１０）の前記少なくとも１つの接触面（１２）を前処理するようにした前記方法において、前記本体（１０）の前記少なくとも１つの接触面（１２）の表面微細構造部の化学組成をレーザー光線（２０）によって修正することにより、前記少なくとも１つの接触面（１２）を脱炭素し、
   前記レーザー光線（２０）による前記少なくとも１つの接触面（１２）の前記表面微細構造部の化学組成の修正は、反応性ガスを導入して行うことを特徴とする、ブレーキディスクの製造方法。
2. 前記本体（１０）の前記少なくとも１つの接触面（１２）を前記レーザー光線（２０）の調整可能なパラメータを介して加熱および／または溶融および／または蒸発および／または清浄することを特徴とする、請求項１に記載のブレーキディスクの製造方法。
3. 前記本体（１０）の前記少なくとも１つの接触面（１２）を面加工するため、前記レーザー光線（２０）を蛇行状および／または条溝状および／またはスパイラル状に誘導することを特徴とする、請求項１または２に記載のブレーキディスクの製造方法。
4. 前記摩耗層（３０）を、前記本体（１０）の修正した前記少なくとも１つの接触面（１２）上に溶射することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のブレーキディスクの製造方法。
   

Images